KR102065530B1 - 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법 - Google Patents

고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 Pt 담지량을 최소화시킴과 동시에 Pt 촉매 이용율을 극대화하여 전류밀도를 향상시킬 수 있는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 가스확산층과; 상기 가스확산층 상에 형성되는 Pt/C 촉매 분산층과; 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 전기영동석출법에 의해 석출된 Pt나노입자로 이루어진 Pt 집중층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법{Pt/C catalyst electrode with Pt double layers sturcture for polymer electrolyte membrane fuel cell and preparation method thereof}
본 발명은 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 Pt 담지량을 최소화시킴과 동시에 Pt 촉매 이용율을 극대화하여 전류밀도를 향상시킬 수 있는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고분자전해질 연료전지는 크게 end plate, 전기집전판, bi-polar plate, 가스확산층, 백금담지 촉매층 및 고분자전해질 막으로 구성되어 있다.
이들 부품 중 가스확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)과 Pt 담지 촉매층(Pt/C Catalyst Layer, CL)을 묶어서 Pt 담지 촉매전극이라 부르고, 양/음극의 가스확산층, 양/음극의 백금 담지 촉매층 및 고분자전해질(Membrane) 막을 하나로 묶어 고분자전해질막/전극 접합체(MEA; Membrane Electrode Assembly)라고 한다.
MEA는 고분자전해질 연료전지 스택의 재료비 중 약 70% 이상의 가격을 차지하고 있으며 고분자전해질 연료전지의 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다. 또한 MEA를 구성하는 요소 중 백금 촉매가 차지하는 가격 비중이 가장 높다. 따라서 미국 에너지성(DOE)에서는 현재 약 0.3mg/cm2 인 Pt의 사용량을 0.05mg/cm2 이하로 감량할 목표를 제시하고 있다.
가스확산층(GDL)에는 주로 카본시트가 카본페이퍼 또는 카본클로스의 형태로 사용되는데, 최근 연료전지의 성능을 향상시키기 위해 이들 카본시트 상에 미세다공층(MPL, Micro Porous Layer) 층을 형성시켜 사용하고 있다. 그러므로 가스확산층(GDL)이라 함은 미세다공층(MPL)을 가지고 있는 카본시트를 의미한다. 미세다공층(MPL)은 미세한 카본블랙 분말을 도포하여 형성한다.
Pt담지 촉매전극 (GDL + Pt 담지 촉매층)(10)은 도 1과 같이 가스확산층(GDL)(110)의 미세다공층(MPL)(112) 상에 Pt 촉매 담지 탄소분말 슬러리(이것을 Pt/C 촉매 슬러리라고 칭함)를 도포하여 제조한다. Pt/C 촉매 슬러리는 보통 백금을 담지시킨 탄소분말을 ionomer 용액 및 이소프로필 알콜 등과 혼합하여 제조한다. 미세다공층(MPL) 상에 Pt/C 촉매 슬러리를 도포하는 방법에는 스프레이법과 데칼법이 있는데, 이들 방법을 슬러리법이라고 통칭한다. 슬러리법에 의해 제조한 백금담지 촉매전극(10)의 백금담지 촉매층(120)의 두께는 30-50 um로 알려져 있다.
슬러리법으로 제조한 Pt 담지 촉매전극은 다음과 같은 단점을 가지고 있다. (1) Pt 담지 촉매층의 두께가 두껍기 때문에 수소와 산소의 산화/환원 반응이 고분자전해질 막 인근에서 일어나지 않고 Pt 촉매층 전 영역에서 일어나기 때문에 연료전지 반응의 효율을 저하시킨다. (2) Pt/C 촉매 슬러리의 제조 과정에서 Pt 나노입자 촉매가 ionomer 속으로 매몰되는 경우가 발생되어 Pt 촉매의 이용율을 저하시킨다. (3) Pt/C 촉매 슬러리의 제조공정이 복잡하여 촉매전극의 제조단가를 상승시킨다.
본 발명자는 위 슬러리법의 문제점을 해결하기 위하여 펄스도금법을 이용한 금속나노입자 박막층을 갖는 카본블랙시트의 제조방법, 카본블랙시트 및 이 시트를 이용하여 제조한 연료전지용 고분자 전해질막/전극 접합체를 특허문헌 0001로서 제안한 바 있다.
특허문헌 0001은 도 2와 같이 금속나노입자 현탁액(250)을 전해액으로 하여 가스확산층(GDL)(210)의 미세다공층(MPL)(212) 상에 금속나노입자(252)를 전기영동 현상에 의해 바로 석출시켜 금속나노입자 박막층(220)을 형성시키는 것을 특징으로 하는 전기영동석출법에 의한 귀금속 촉매담지 카본블랙시트 전극의 제조방법에 관한 것이다.
전기영동석출법에 의한 Pt 담지 촉매전극의 제조방법은 Pt 나노입자(252)가 현탁되어 있는 전해액(250)에 미세다공층(MPL)(212)이 도포된 카본시트(210)를 작업전극(215)으로 하고 상대전극(235)으로 Pt 메쉬를 설치하여 Pt 나노입자(252)를 전기영동현상에 의해 작업전극(215)의 미세다공층(MPL)(212) 상에 석출시켜 도 3과 같은 Pt 촉매층(220)을 형성한다. 이 방법은 매우 공정이 단순할 뿐만 아니라 Pt 담지 촉매층의 두께가 2-3 um로 매우 얇고 고분자전해질 막에 근접하여 형성되기 때문에 연료전지의 반응 효율을 크게 높일 수 있고, 또한 Pt 나노입자 촉매가 ionomer 고분자에 매몰될 염려도 없기 때문에 한층 Pt 촉매의 이용률을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나, Pt 촉매의 담지량을 증가시키는 데는 한계가 있다. 즉, GDL의 MPL 상에 Pt 담지량이 임계값에 도달하면 더 이상 연료전지의 출력이 향상되지 않는다.
KR10-1134814B1 (2012.04.02)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 Pt 담지량을 최소화시킴과 동시에 Pt 촉매 이용율을 극대화하여 전류밀도를 향상시킬 수 있는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
가스확산층과;
상기 가스확산층 상에 형성되는 Pt/C 촉매 분산층과;
상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 전기영동석출법에 의해 석출된 Pt나노입자로 이루어진 Pt 집중층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극을 제공한다.
상기 가스확산층은 미세다공층이 형성된 카본시트로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 Pt/C 촉매 분산층은 Pt/C 카본블랙 슬러리를 상기 가스확산층 상에 도포하여 형성되는 것이 좋다. 특히, 상기 Pt/C 촉매 분산층은 Pt 도포량이 Pt 도포량이 0.01 내지 0.1 mg/cm2인 것이 바람직하다.
상기 Pt 집중층은 Pt콜로이드 전해액을 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 Pt나노입자를 석출시켜 형성되는 것이 좋다. 특히, 상기 Pt 집중층은 Pt 나노입자의 석출량이 0.04 내지 0.3 mg/cm2인 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은,
a) 가스확산층 상에 Pt/C 촉매분산층을 형성하는 단계와;
b) 상기 Pt/C 촉매분산층 상에 전기영동석출법에 의해 Pt나노입자를 석출시켜 Pt 집중층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극의 제조방법을 제공한다.
상기 a)단계는 상기 가스확산층 상에 Pt/C 카본블랙 슬러리를 도포하여 Pt/C 촉매분산층을 형성하는 단계인 것이 좋고, 특히, 상기 Pt/C 촉매분산층의 Pt 도포량이 0.01 내지 0.1 mg/cm2이 되도록 상기 Pt/C 카본블랙 슬러리를 상기 가스확산층 상에 도포하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 b)단계는 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 Pt콜로이드 전해액으로부터 전기영동석출법을 이용하여 Pt나노입자를 석출시켜 Pt 집중층을 형성하는 것이 좋고, 특히 상기 b)단계는 Pt나노입자를 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 0.04 내지 0.3 mg/cm2으로 석출시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극은 Pt 담지 촉매전극의 촉매층 구조를 Pt/C 촉매 분산층과 Pt 집중층으로 이중화하여 Pt 촉매의 이용율을 극대화하여 전류밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 Pt 담지량을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 슬러리법에 의해 제조된 Pt 분산형 촉매전극 적용 멤브레인 전극 접합체(MEA)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 전기영동석출법에 의한 Pt 담지 촉매전극의 제조원리를 나타내는 도면이고,
도 3은 전기영동석출법에 의해 제조된 Pt 집중화 박막형 촉매전극 적용 멤브레인 전극 접합체(MEA)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 Pt층 이중구조 촉매전극의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 Pt/C 촉매 분산층 상에 Pt 집중층을 전기영동석출법에 의해 형성하는 제조원리를 나타내는 도면이다.
도 6은 Pt 분산형 Pt/C 촉매전극에 대한 전자현미경 사진이다.
도 7은 Pt층 이중구조 촉매전극에 대한 전자현미경 사진이다.
도 8은 실시예 1, 비교예 1 및 2의 MEA에 대한 단위셀 시험결과이다.
이하, 본 발명의 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 Pt층 이중구조 촉매전극의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극(30)은 도 4와 같이 가스확산층(310)과, 상기 가스확산층(310) 상에 형성되는 Pt/C 촉매 분산층(320)과, 상기 Pt/C 촉매 분산층(320) 상에 전기영동석출법에 의해 석출된 Pt나노입자로 이루어진 Pt 집중층(330)을 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 가스확산층(310)은 카본페이퍼 또는 카본클로스 형태의 카본시트(311)를 주로 사용하고, 특히, 연료전지의 성능을 향상시키기 위해 카본시트(311) 상에 미세다공층(MPL, Micro Porous Layer)(312)을 형성시켜 사용하는 것이 바람직하다. 미세다공층(MPL, Micro Porous Layer)(312)은 카본시트(311) 상에 미세한 카본블랙 분말을 도포하여 형성한다.
그리고, 상기 Pt/C 촉매 분산층(320)은 도 4와 같이 상기 가스확산층(310) 상에 형성되고, Pt/C 카본블랙 슬러리를 상기 가스확산층(310) 상에 도포한 후 건조하여 형성한다.
이때 상기 Pt/C 촉매분산층(320)의 Pt 도포량이 0.01 내지 0.1 mg/cm2이 되도록 상기 Pt/C 카본블랙 슬러리를 상기 가스확산층 상에 도포하는 것이 바람직하다.
도 5는 Pt/C 촉매 분산층 상에 Pt 집중층을 전기영동석출법에 의해 형성하는 제조원리를 나타내는 도면이다.
다음으로 상기 Pt 집중층(330)은 도 4 및 도 5와 같이 상기 Pt/C 촉매 분산층(320) 상에 Pt콜로이드 전해액(350)으로부터 전기영동석출법을 이용하여 Pt나노입자(352)를 석출시켜 형성된다.
그리고 상기 Pt 집중층(330)은 도 5와 같이 상기 Pt/C 촉매 분산층(320)이 형성된 가스확산층(310)을 작업 전극(315)으로 하고, 백금 메쉬를 상대전극(335)으로 하며, 이때 참조전극으로 SCE(saturated calomel electrode)을 사용한 상태에서 전기영동석출법을 이용하여 백금 콜로이드 전해액(350)으로부터 Pt 나노입자(352)를 상기 Pt/C 촉매 분산층(320) 상에 석출시켜 형성한다.
한편, 상기 Pt 집중층(330)의 Pt나노입자를 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 0.04 내지 0.3 mg/cm2으로 석출시키는 것이 바람직하다.
상기 가스확산층(310) 상에 Pt가 저농도로 분산형성되는 Pt/C촉매 분산층(320)과, Pt가 고농도로 분산형성되는 Pt 집중층(330)을 순차적으로 이중화 형성하여 Pt층 이중구조 촉매전극(30)을 제조함으로써, Pt 촉매의 이용율을 극대화하여 전류밀도를 향상시킬 수 있어 Pt 담지량을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극 및 그 제조방법을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
Pt/C 촉매 분산층 제조
가스확산층의 MPL(micro-porous layer) 상에 Pt 저농도 분산층을 도포하기 위한 Pt/C 카본블랙 슬러리를 제조하였다.
Pt/C 카본블랙 슬러리는 Pt/C 복합분말 400g, 나피온 용액 2.8 mL, IPA(Isopropyl alcohol) 55.2 mL 및 초순수 2 mL를 혼합하여 총량 60mL가 되는 Pt/C 카본블랙 슬러리를 제조하였다.
다음으로 가스확산층으로서 10cm×10cm 카본페이퍼를 사용하였고, 카본페이퍼 상에 위에서 제조된 Pt/C 카본블랙 슬러리를 에어 스프레이를 이용하여 Pt 도포량이 0.3 mg/cm2이 되도록 균일하게 분무하여 Pt/C 촉매 분산층을 제조하였다. Pt/C 촉매 분산층이 형성된 카본페이퍼를 80℃에서 건조한 후 2.23cm × 2.23cm (5cm2)의 크기로 절단하였다. Pt층 분산층 전극에 대한 전자현미경 사진은 도 6과 같다.
Pt 집중층 제조
위에서 제조한 Pt/C 촉매 분산층 상에 추가적으로 Pt 집중층을 형성하기 위해 전기영동석출법에서 사용할 Pt나노입자 콜롤이드를 제조하였다.
전해질 용액 중에 첨가할 백금 콜로이드를 합성하기 위한 출발물질로는 H2PtCl66H2O, 환원제로는 sodium citrate를 사용하였다. 백금 콜로이드를 합성하기 위해 먼저 5 %의 H2PtCl66H2O를 제조하여 이 중 5 ml를 취하여 195 ml의 물에 희석시켰다. 이 수용액을 약 90 ℃까지 가열한 후 이 상태에서 1% sodium citrate 45 ml를 첨가한 후 마그네틱 바를 이용하여 강하게 교반시켰고, 첨가 후 4시간 동안 온도를 유지하여 3~4nm 크기의 백금 콜로이드를 얻었고, 이것을 전기영동석출법에 의한 Pt/C 촉매전극 제조공정의 전해액으로 사용하였다.
카본페이퍼의 Pt/C 촉매 분산층 상에 백금 나노입자를 석출시키기 위해 Pt/C 촉매 분산층이 형성된 카본페이퍼를 작업 전극으로 하고, 백금 메쉬를 상대전극으로 하는 전기화학 셀을 구성하였다. 이때 참조전극으로는 SCE(saturated calomel electrode, KCl)를 사용하였고, 작업전극과 상대전극 간의 거리는 10cm로 유지하였다. 작업전극인 Pt/C 촉매 분산층이 형성된 카본페이퍼의 크기는 5 cm2 (2.23 cm × 2.23 cm 크기)이고, 전해액으로는 위에서 합성한 백금 나노입자 콜로이드를 이용하였고, 전해액의 pH는 2로 유지하였다.
전기영동석출법을 이용한 Pt 나노입자의 석출을 위하여, 펄스전류모드에서 전기영동석출법을 수행하였고, 이때 Ion을 30 mA/cm2로 Ioff을 0 mA/cm2로 유지하고 ton 시간을 0.25 초로 하여, 백금나노입자의 전기영동 석출을 10분간 실시하여 백금 나노입자의 석출량이 0.1153 mg/cm2 인 Pt 집중층을 Pt/C 촉매 분산층 상에 형성하여 Pt층 이중구조 촉매전극을 제조하였다. Pt층 이중구조 촉매전극에 대한 전자현미경 사진은 도 7과 같다.
그리고 Pt층 이중구조 촉매전극의 Pt 담지량은 0.1703 mg/cm2이고, Pt/C 촉매전극 중 Pt의 담지량은 전극 중 Pt 금속을 왕수 중에서 용해 한 후 ICP 분석에 의하여 구하였다.
[비교예 1]
종래의 Pt/C 촉매전극 제조법인 스프레이법에 의해 Pt 분산형 Pt/C 촉매전극을 제조하였다.
Pt/C 복합분말 400 mg, 나피온 용액 2.8 mL, IPA (Isopropyl alcohol) 55.2 mL, 초순수 2 mL를 혼합하여 총량 60 mL가 되는 Pt/C 카본블랙 슬러리를 제조하였다.
위에서 제작한 Pt/C 카본블랙 슬러리를 이용하여 10 cm × 10 cm 카본페이퍼 상에 에어 스프레이를 이용하여 Pt 도포량이 0.3 mg/cm2가 되도록 균일하게 분무하여 Pt 도포층을 형성하여 Pt 분산형 Pt/C 촉매전극을 제조하였다. 이 전극을 80℃에서 건조한 후 5 cm2 (2.23 cm × 2.23 cm 크기)로 절단하여 단위셀 시험 전극으로 사용하였다.
Pt/C 촉매전극 중 Pt의 담지량은 전극 중 Pt 금속을 왕수 중에서 용해 한 후 ICP 분석에 의하여 구하였다.
[비교예 2]
전기영동석출법을 이용하여 Pt 집중형 Pt/C 촉매전극을 제작하였다.
전해질 용액 중에 첨가할 백금 콜로이드를 합성하기 위한 출발물질로는 H2PtCl66H2O, 환원제로는 sodium citrate를 사용하였다. 백금 콜로이드를 합성하기 위해 먼저 5 %의 H2PtCl66H2O를 제조하여 이 중 5 ml를 취하여 195 ml의 물에 희석시켰다. 이 수용액을 약 90 ℃까지 가열한 후 이 상태에서 1% sodium citrate 45 ml를 첨가한 후 마그네틱 바를 이용하여 강하게 교반시켰고, 첨가 후 4시간 동안 온도를 유지하여 3~4nm 크기의 백금 콜로이드를 얻었고, 이것을 전기영동석출법에 의한 Pt/C 촉매전극 제조공정의 전해액으로 사용하였다.
상기 카본블랙시트의 전극 상에 백금 나노입자를 석출시키기 위해, MPL 층이 도포된 카본시트를 작업 전극으로 하고 백금 메쉬를 상대전극으로 하는 전기화학 셀을 구성하였다. 이때 참조전극으로는 SCE (saturated calomel electrode, KCl)을 사용하였고, 작업전극과 상대전극 간의 거리는 10cm로 유지하였다. 작업전극의 크기는 5 cm2 (2.23 cm × 2.23 cm 크기)이고, 전해액으로는 위에서 합성한 백금 나노입자 콜로이드를 이용하였고, 전해액의 pH는 2로 유지하였다.
전기영동석출법을 이용한 Pt 나노입자의 석출을 위하여, 펄스전류모드에서 전기영동석출법을 수행하였고, 이때 Ion을 30 mA/cm2로 Ioff을 0 mA/cm2로 유지하고 ton 시간을 0.25 초로 하여, 백금나노입자의 전기영동 석출을 15분간 실시하여 백금 나노입자의 담지량이 0.1696 mg/cm2 인 Pt 집중형 Pt/C 촉매전극을 제조하였다. Pt/C 촉매전극 중 Pt의 담지량은 전극 중 Pt 금속을 왕수 중에서 용해 한 후 ICP 분석에 의하여 구하였다.
[MEA 제조 및 단위셀 평가]
이와 같이 제조된 실시예 1, 비교예 1 및 2의 Pt/C 촉매전극을 이용하여 MEA를 각각 제작하였고, 각각 제작된 MEA에 대해 단위셀 시험을 수행하였고, 그 결과를 도 8 및 표 1로 나타냈다. 도 8에서 (c)는 실시예 1의 Pt층 이중구조 촉매전극에 대한 단위셀 시험결과, (a)는 비교예 1의 Pt 분산형 촉매전극에 대한 단위셀 시험결과, (b)는 비교예 2의 Pt 집중화 박막형 촉매전극에 대한 단위셀 시험결과이다.
실시예 1, 비교예 1 및 2의 MEA는 각각의 Pt/C 촉매전극 두 장에 멤브레인 막(Nafion 211)을 사이에 두고 핫프레스 공정에 의해 제작하였고, 이때 핫프레스 공정은, 핫프레스의 플레이트 온도 100℃에서 1 분간 60 kg/cm2 의 압력으로 가압하여 수행하였다.
그리고 단위셀 시험은 작동온도 80℃, 수소 유량 100 ccm, 공기 유량 260 ccm, 가압 1.5 atm, 상대습도 100%로 수행하였다.
Pt 담지량
(mg/cm2)		 OCV
(mV)		 전류밀도(ma/cm2)
at 600 mV at 400 mV
실시예 1 0.1703 905 970.0 1162.6
비교예 1 0.3000 912 504.8 628.2
비교예 2 0.1696 896 739.0 997.9
도 8 및 표 1과 같이, 비교예 1의 슬러리법에 의해 제조한 Pt 분산형 촉매전극의 Pt 촉매 담지량은 0.3 mg/cm2이고, 단위셀 시험평가 결과에 의하면 전압 600 mV에서 전류밀도 504.8 mA/cm2의 성능을 나타내었다. 비교예 2의 전기영동석출법에 의해 제조한 Pt 집중형 박막형 촉매전극의 Pt 촉매 담지량은 0.1696 mg/cm2에 불과하지만 단위셀 시험평가 결과에 의하면 전압 600 mV에서 전류밀도 739.0 mA/cm2의 성능을 보였다.
한편, 슬러리법과 전기영동석출법을 혼합하여 제조한 실시예 1의 Pt 층 이중구조 촉매전극의 경우는 Pt 촉매의 총 담지량은 0.1703 mg/cm2으로, 비교예 1의 촉매전극 보다 Pt 담지량이 약 43% 적고, 비교예 2의 촉매전극과 거의 동일 담지량인데도 불구하고, 단위셀 시험평가에서 전류밀도 600 mV의 전류밀도 값이 가장 높은 970.0 mA/cm2를 나타내었다. 이 실시예 1의 시험평가 결과로부터 Pt 층 이중구조 촉매전극에서 Pt 촉매 이용율을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 1과 비교예 2를 비교해 보면, 슬리러법과 전기영동석출법의 조합으로 인하여 Pt 층 이중구조 Pt/C 촉매전극의 성능은 전압 600 mV에서의 전류밀도가 31.3%, 400 mV에서 16.5% 향상되는 결과를 얻었다.
110.210,310: 가스확산층,
112,212,312: 미세다공층,
215,315: 작업전극,
120,220: 백금담지 촉매층,
235,335: 상대전극,
250,350: 백금나노입자 콜로이드 전해액,
252,352: 백금 나노입자,
320: Pt/C 촉매 분산층
330: Pt 집중층

Claims (11)

  1. 가스확산층과;
    상기 가스확산층 상에 Pt/C 카본블랙 슬러리를 도포하여 형성되는 Pt/C 촉매 분산층과;
    상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 전기영동석출법에 의해 석출된 Pt나노입자로 이루어진 Pt 집중층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스확산층은 미세다공층이 형성된 카본시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Pt/C 촉매 분산층은 Pt 도포량이 0.01 내지 0.1 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Pt 집중층은 Pt콜로이드 전해액을 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 Pt나노입자를 석출시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 Pt 집중층은 Pt 나노입자의 석출량이 0.04 내지 0.3 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극.
  6. a) 가스확산층 상에 Pt/C 카본블랙 슬러리를 도포하여 Pt/C 촉매분산층을 형성하는 단계와;
    b) 상기 Pt/C 촉매 분산층 Pt콜로이드 전해액으로부터 전기영동석출법을 이용하여 Pt나노입자를 석출시켜 Pt 집중층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Pt/C 촉매분산층의 Pt 도포량이 0.01 내지 0.1 mg/cm2이 되도록 상기 Pt/C 카본블랙 슬러리를 상기 가스확산층 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 b)단계는 Pt나노입자를 상기 Pt/C 촉매 분산층 상에 0.04 내지 0.3 mg/cm2으로 석출시키는 것을 특징으로 하는 고분자전해질막 연료전지용 Pt층 이중구조 촉매전극의 제조방법.
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  10. 삭제
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